钢管再生混凝土柱承压性能研究

摘要

在钢管内部灌入再生混凝土，形成钢管再生混凝土柱，既具有钢和混凝土组合结构的显著优点，又能弥补再生混凝土性能的缺陷，具有重要的环保意义。钢管对核心再生混凝土的约束限制作用，使再生混凝土具有较高的极限抗压强度和延性，钢管壁的稳定性也通过内部的再生混凝土得到加强。钢管再生混凝土结构，能使钢材和再生混凝土两种不同性质的材料物尽其用，发挥各自特长。因此，钢管再生混凝土结构的应用，能够为再生混凝土用于实际工程创造条件。分析和研究钢管再生混凝土柱，也是钢管混凝土柱和再生混凝土技术向前继续发展的一个必然趋势。
　　本文综合本课题组以及其他研究者的试验数据和研究成果，基于ABAQUS软件中的混凝土损伤塑形模型，对圆钢管再生混凝土柱进行拓展有限元模拟分析，讨论圆钢管再生混凝土柱的三维非线性分析的建模方法对模型参数取值，并用试验数据验证有限元模拟结果的可靠性，分析并深入研究了再生粗骨料取代率、含钢率、长细比以及偏心率等变化参数对圆钢管再生混凝土柱承载性能的影响规律，结果表明:(1)采用本文建立的模型的分析结果与课题组中试验和有限元模拟结果接近，说明本文建立的有限元分析方法是可靠的;(2)再生粗骨料取代率对钢管再生混凝土柱的破坏过程和形态无明显影响，并不明显降低其受压承载力;(3)含钢率对柱子承载力提升明显，含钢率较小，表现出脆性材料特征，但达到一定程度之后，承载力增长速度减慢;(4)长细比增加，柱子承载力及刚度均降低;(5)偏心率增大，弹性阶段变短，荷载位移曲线变陡，柱子承载力及刚度大幅降低。最后以有限元分析结果为依据，总结其他研究者对圆钢管再生混凝土柱承载力的计算方法，并参考钢管混凝土结构技术规程中的计算公式，最终拟合给出了一定条件下的圆钢管再生混凝土柱轴心以及偏心承载力的计算公式。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 再生混凝土国内外研究现状

1．2．2 钢管混凝土柱国内外研究现状

1．2．3 钢管再生混凝土柱国内外研究现状

1．2．4 钢管再生混凝土柱有限元仿真的国内外研究现状

1．3 本文的主要研究内容

1．3．1 确定建模方法和模型参数

1．3．2 验证模型可靠性

1．3．4 推导钢管再生混凝土柱子轴压和偏压承载力的计算公式

第二章 再生混凝土和钢材的本构模型

2．1 线弹性本构模型

2．2 非线弹性本构模型

2．2．1 增量理论

2．2．2 全量理论

2．2．3 非线弹性本构模型

2．3 以经典塑性理论为基础的塑性本构模型

2．4 弥散裂纹混凝土模型(Concrete Smeared cracking model)

2．5 混凝土脆性破裂模型(Concrete Brittle cracking model)

2．6 混凝土损伤塑性本构模型(Concrete Damage Plasticity Model)

2．6．1 混凝土损伤塑性本构模型的基本概念

2．6．2 约束再生混凝土塑性性能的定义

2．7 钢材本构模型

第三章 钢管再生混凝土柱承压性能分析研究

3．1 课题组前期钢管再生混凝土柱实验简介

3．1．1 试件的设计和制作

3．1．2 试验方法

3．1．3 试验现象

3．1．4 实验结论

3．1．5 类似的其他研究者成果

3．1．6 实验分析总结

3．2 钢管再生混凝土柱有限元模型的建立

3．2．1 材料本构关系模型参数确定

3．2．2 建模方法

3．2．3 模型材料属性

3．2．4 单元类型的选择

3．2．5 单元网格划分

3．2．6 单元截面接触定义

3．2．7 荷载及边界条件

3．3 钢管再生混凝土柱模型验证

3．4 钢管再生混凝土柱有限元扩展参数分析

3．4．1 再生粗骨料取代率对钢管再生混凝土柱承压性能的影响

3．4．2 含钢率对钢管再生混凝土柱受力性能的影响

3．4．3 长细比对钢管再生混凝土柱受力性能的影响

3．4．4 偏心距对钢管再生混凝土柱受力性能的影响

第四章 钢管再生混凝土柱受压承载力计算

4．1 钢管再生混凝土柱受压承载力计算方法总结

4．2 钢管再生混凝土柱轴心受压承载力计算

4．3 钢管再生混凝土柱偏心受压承载力计算

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文